洪轶伦,丛健伟,石明晨,陈江南,杨 晖,刘晓敏

(南京工业大学 材料科学与工程学院,江苏 南京 211800)

锂硫电池因其高理论比容量(1 675 mA·h/g)及高比能量(2 600 W·h/kg)而备受关注,且其活性物质S价格低、无污染、储量丰富,因此,锂硫电池拥有广阔的应用前景[1-2]。但是,锂硫电池所存在的一些缺陷(容量衰减快、库伦效率低、穿梭效应、循环稳定性差、体积膨胀等)限制了它的商业化应用[3-6]。

通过最近几年的研究发现,采用沸石咪唑酯骨架结构材料高温碳化后生成的碳骨架来载硫,可以提高锂硫电池中正极材料的导电性,抑制多硫化物的溶解和穿梭效应,减少电化学过程中体积膨胀带来的影响[7-8]。这是由于沸石咪唑酯骨架结构材料所衍生的碳骨架的比表面积较大,从而增大了正极材料与电解液的接触概率,使正极材料得到充分的润湿,加快Li+的传输以及电荷转移;碳骨架大孔容也可以为活性物质S提供足够的负载空间,缓解电化学反应过程中体积膨胀带来的影响,从而保证结构的完整性;碳骨架还通过范德华力对多硫化物有物理和化学吸附作用,从而抑制多硫化物的溶解以及穿梭效应,提高活性物质的利用率,降低不可逆容量的损失。

笔者通过控制反应时间(6、12和24 h)合成3组晶粒尺寸不同的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67),以ZIF-67为模板高温碳化后得到含钴的氮掺杂碳多面体(Co-NC),研究不同晶粒尺寸、比表面积与孔容的Co-NC对其热熔融渗硫后形成的钴基沸石咪唑酯骨架结构衍生物(S@CoS2-NC)锂硫电池正极材料的电化学性能的影响。……